1. No category

PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
PDVSA N°
TITULO
MDP–08–SA–04
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
1
AGO.97
Sinceración con el MID/MIR
33
O.R.
L.R
0
AGO.95
APROBADO
39
J.P
F.R.
REV.
FECHA
APROB.
E1994
DESCRIPCION
FECHA AGO.95
PAG. REV.
APROB.
APROB. APROB.
FECHA AGO.95
ESPECIALISTAS
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 1
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Indice
1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y DIMENSIONAR
VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
Dimensionamiento para servicio de vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dimensionamiento para servicio de líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dimensionamiento para servicio de fases mixtas de vapores y líquidos
Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión operadas por piloto
Preparación de especificaciones de diseño para válvulas de alivio de
presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
10
12
12
6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
7 APENDICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
Tabla 1.
Tabla 2.
Tabla 3.
Tabla 4.
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.
Figura 5.
Figura 6a.
Figura 6b.
Figura 7.
Figura 8.
13
Propiedades termodinámicas de varias substancias a condiciones
estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
Tamaño normalizado de las válvulas de alivio, en función del tamaño del
orificio
21
Valores de la constante “C” para calculos con la formula de flujo .
22
Factores de corrección para sobrecalentamiento para válvulas de
seguridad en servicio para vapor de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
Presión de flujo crítico para hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
Factor de dimensionamiento para contrapresión constante o
variable (Kb) para válvulas de alivio de seguridad de fuelle
balanceado balanceado (vapores y gases) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
Area requerida del orificio de la válvula de seguridad para alivio de
vapores de hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
Valores de F31 para flujo subcrítico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
Factores de corrección de capacidad por defecto de sobrepresión
para válvulas de alivio y válvulas de alivio de seguridad en servicios con
líquidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
Viscosidad a temperaturas de operación – segundos Saybolt
universal (SSU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
Corrección de viscosidad: procesamiento alterno según estándar
API–RP–520 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
Factor de dimensionamiento (Kw) a contrapresión variable
o constante para válvulas de alivio de seguridad de fuelle
balanceado (líquidos solamente) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
Especificaciones de diseño para válvulas de alivio de presión . . .
33
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 2
.Menú Principal
1
PDVSA MDP–08–SA–04
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
OBJETIVO
Entregar suficiente información para especificar y dimensionar válvulas de alivio.
El tema “Sistemas de alivio de presión”, dentro del área de “Seguridad en el diseño
de plantas”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los
siguientes documentos:
PDVSA–MDP–
08–SA–01
08–SA–02
Descripción de Documento
Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.
Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingencia
y determinación de los flujos de alivio.
08–SA–03
08–SA–04
Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión.
Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar y
dimensionar válvulas de alivio de presión (Este documento).
08–SA–05
Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio de
presión.
Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de alivio
de presión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una
actualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,
Subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Junio
de 1986 del MDP.
2
ALCANCE
Cubre los requerimientos para la especificación y dimensionamiento de válvulas
de alivio de presión para servicios de vapor, líquido y fases mixtas.
3
REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
S
S
S
S
Vol I, Sección 3 “Torres de Fraccionamiento”
Vol VIII, Sección 14 “Flujo de Fluidos”
Vol IX, Subsección 15D “Mechurrios”
Vol IX, Subsección 15C: “Sistemas de Alivio de Presión”
Manual de Diseño de Proceso
S PDVSA–MDP–03–S–01 “Tambores Separadores: Principios Básicos”.
Otras Referencias
S ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 3
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
S ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992
S API–RP520, “Sizing, Selection and Installation of Pressure–Relieving Devices
in Refineries”, Part I, 6th edition, Marzo 1993
S CRANE Technical Paper No. 410M, “Flow of fluids through valves, fittings and
pipes”, 1986
4
DEFINICIONES
Véase PDVSA–MDP–08–SA–01.
5
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y DIMENSIONAR
VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
El flujo de alivio requerido para una válvula de alivio de presión se determina
considerando las contingencias que pueden causar una sobrepresión como se
describió en el volumen PDVSA–MDP–08–SA–02.
En lo que sigue, se
describen los procedimientos de cálculo para determinar el tamaño de la válvula
de alivio de presión requerido para dejar pasar el flujo de alivio de diseño.
5.1
Dimensionamiento para servicio de vapor
Flujo crítico y sub–crítico
El flujo máximo de vapores a través de una restricción, tal como una boquilla u
orificio de una válvula de alivio de presión, tiene lugar cuando las condiciones son
tales que la velocidad a través del área de la sección transversal es igual a la
velocidad del sonido en esos vapores. A esta condición se la refiere como el flujo
crítico o flujo restringido (Esto no debe confundirse con velocidad crítica que está
relacionada con el arrastre al cual se hace referencia en
PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 3) “Torres de
y
PDVSA–
Fraccionamiento”,
PDVSA–MDP–03–S–01
“Tambores”
MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E) “Mechurrios”.
Referirse al documento PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986,
Sección 14C) “Flujo de Fluidos”, flujo de gas de una sola fase, para una
presentación de esos tópicos). La ecuación simplificada para la velocidad sónica
o crítica es:
Vc + F 1
Ǹ kPρ
x
x
Ec. (1)
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 4
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
donde:
Vc
k
=
=
Px
=
ρx
=
F1
=
Velocidad crítica
Relación de los calores específicos a
presión constante y a volumen constante,
Cp y Cv, respectivamente(Cp /Cv)
Presión en la restricción cuando ocurre el
flujo crítico (presión de flujo crítico)
Densidad a la temperatura y presión del
flujo crítico
Factor cuyo valor depende de la unidades
usadas
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
m/s
adim
pie/s
adim
kPa
psia
kg/m3
lb/pie 3
31.5
68.1
La caída de presión que corresponde al flujo crítico se denomina “caída de presión
crítica”, o sea es P1–Px, donde P1 es la presión absoluta aguas arriba.
Si la presión P2 (superimpuesta + acumulada) aguas abajo de la restricción es
menor que la “presión del flujo crítico”, entonces el flujo máximo que puede
obtenerse y que ocurre a la velocidad crítica es una función de P1 y de Px, pero
no es afectado por P2. Sin embargo, si la presión P2 es mayor que Px, entonces
el flujo se denomina “subcrítico” y la velocidad de flujo es una función de P1 y P2.
Existen entonces dos ecuaciones para dimensionar las válvulas de alivio de
presión en servicio para vapores, dependiendo de si el flujo es crítico o subcrítico.
En el diseño de válvulas de alivio de presión, es deseable seleccionar el lugar de
la descarga de la válvula de alivio a una presión lo suficientemente baja para
permitir diseñar para condiciones de flujo crítico, de modo que el flujo de alivio sea
independiente de pequeñas fluctuaciones de la contrapresión.
5.1.1
Determinación de la presión del flujo crítico
El primer paso para dimensionar una válvula de alivio de presión para el flujo de
vapores es determinar la presión del flujo crítico Px, mediante la siguiente
ecuación:
Px
+
P1
ƪ
k
k–1
2
k ) 1
ƫ
Ec. (2)
Para vapores de hidrocarburos, el valor de Px/P1 puede leerse directamente en
la Figura 1., la cual es lo suficientemente exacta bajo todas las condiciones
relacionadas con el cálculo de válvula de alivio de presión. La relación de calores
específicos, k, para una substancia en particular, varía con la presión y
temperatura, pero para los cálculos de válvula de alivio de presión, pueden usarse
los valores publicados de k a 15°C (60°F) y a una atmósfera (14.7 psia).
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 5
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
En la Tabla 1 se presenta un listado de los valores de k para un rango de gases
comunes con los valores correspondientes de Px/P1.
Cuando la presión y temperatura reducidas se acercan a 1.0, la relación Px/P1 se
acerca al valor límite de 0.606.
5.1.2
Dimensionamiento para vapores – flujo crítico
Para condiciones de flujo crítico (o sea, cuando la presión superimpuesta total más
la contrapresión acumulada, es igual o menor que la presión de flujo crítico) la
siguiente ecuación se usa para calcular el área del orificio requerido:
Ǹz M. T
W + F 23 C . K d . Kb . A . P 1
Ec. (3a)
1
donde:
C + 520
Ǹƪ
k)1
k–1
2
k
k ) 1
ƫ
Ec. (3b)
Combinando las ecuaciones (3a) y (3b), se obtiene:
W + F 2 K d . Kb . A . P 1
Ǹ
ƪ
M k
2
z . T1
k ) 1
ƫ
k)1
k–1
Ec. (4)
donde:
En unidades
SI
En unidades
inglesas
W
=
Cantidad de flujo a aliviar
kg/s
lb/h
Kd
=
Coeficiente de descarga del orificio según lo
recomienda el fabricante. Generalmente, se
usa un coeficiente de 0.975 para el tipo común
de válvula de alivio de presión. (Sin
embargo, algunos diseños de válvula más
recientes y válvulas fabricadas fuera de los
EUA pueden tener un coeficiente ligeramente
diferente. Para la selección final de la válvula,
debe consultarse la literatura del fabricante).
adim
adim
Kb
=
Factor de corrección para la contrapresión. Nota:
Para
válvulas
de
alivio
de
seguridad
convencionales puede usarse un valor de 1.0 para
las condiciones de flujo crítico.
adim
adim
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 6
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
En unidades
SI
En unidades
inglesas
mm2
pulg 2
Para válvulas del tipo fuelle balanceado deben
consultarse las curvas del fabricante para el
factor de contrapresión recomendado (Kb).
Este factor (Kb) puede ser significativo, o sea
puede ser menor de 1.0 a contrapresiones
menores que la presión de flujo crítico. La
Figura 2. representa un promedio de los
valores de (Kb) recomendados por varios
fabricantes de válvulas de alivio de presión y
pueden usarse cuando se desconoce la marca
de la válvula de fuelle balanceado. Sin
embargo, ese gráfico no es confiable para
presiones de ajuste menores 345 kPag (50
psig) y debe hacerse referencia al catálogo del
fabricante de la válvula de alivio de presión.
A
=
Area efectiva del orificio
P1
=
kPa abs.
psia
M
=
Presión de entrada a la brida a las condiciones de
alivio (incluyendo la acumulación)
Peso molecular de los vapores
kg/kmol
lb/lbmol
z
=
adim
adim
T1
=
Factor de compresibilidad a las condiciones de
entrada.
Temperatura de entrada a las condiciones de alivio
°K
°R
k
=
Relación de calores específicos (Cp/Cv) a las
condiciones de entrada, que se dan para
algunas sustancias en la Tabla 1. Nota:
pueden usarse valores publicados de (k) a
15°C (60°F) y una atmósfera. Si (k) es
desconocido
puede usarse un valor
“conservador” de k = 1.10 o un valor más
común de k = 1.30. Si se desea corregir para
gases no ideales, puede usarse el Apéndice E
de la especificación API 520 “American
Petroleum Institute” (API).
adim
adim
C
=
Constante para vapores del Código ASME
“Recipientes de Presión no Sometidos a
Combustión”;
como
se
mencionó
anteriormente, “C” es función de la relación de
calores específicos (k). La Ec.(3b) para
determinar “C” se presenta tabulada en la
Tabla 3.
adim
adim
F2
=
Factor cuyo valor depende de las unidades usadas
1.1x10 –5
520
Factor cuyo valor depende de las unidades usada
2.11x10 –8
1
F23
=
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 7
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
El procedimiento de cálculo es como sigue:
1.
Para vapores de hidrocarburos, la Ec.(4) puede ser resuelta directamente
mediante la Figura 3.
2.
Para vapor de agua, ver “Dimensionamiento para el Flujo de Vapor de Agua”
más adelante.
3.
Para mezclas de vapores de hidrocarburos, más hidrógeno más vapor de
agua, ver “Dimensionamiento para Mezclas de Vapores de
Hidrocarburos/Hidrocarburos/Vapor de Agua” más adelante.
4.
Para vapores distintos de los anteriores deben aplicarse las Ecs. (3a) y (3b)
anteriores.
El procedimiento anterior aplica a válvulas convencionales y de fuelle balanceado
de alivio de seguridad, con tal que se use el factor apropiado de contrapresión, Kb.
5.1.3
Dimensionamiento para vapores–flujo subcrítico
Para los casos excepcionales de flujo subcrítico (por ejemplo, cuando se diseña
una válvula de alivio de presión para una baja presión de ajuste y la presión
superimpuesta más contrapresión acumulada total excede la presión del flujo
crítico) pueden usarse las siguientes ecuaciones:
W + F 3 Kd . A
Ǹƪ
P1
V1
ƫ
ȱ
k ƫȧ1 –
ƪk–1
ȧ
Ȳ
k–1ȳ
k
P2
ȧ
ȧ P1
ǒ Ǔ ƪ ƫ
P2
P1
2
k
ȴ
Ec. (5)
ó
W + F 30 F 31 Kd A
Ǹ
MP 1 ǒP 1– P 2Ǔ
zT
En unidades
SI
En unidades
inglesas
Contrapresión total (superimpuesta más
acumulada)
kPa abs
psia
Volumen específico a la condiciones de
entrada
m3/kg
pie3/lb
donde:
P2
=
V1
=
Ec. (6)
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 8
.Menú Principal
F3
=
F30
=
PDVSA MDP–08–SA–04
Indice manual
Indice volumen
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas
F 31 +
Ǹǒ
k
k–1
Ǔǒ
P2
P1
Ǔ
2ńK
Indice norma
4.47 x 10–5
2404
10–5
735
1.55 x
ȱ1– ǒP2ńP1Ǔ(k–1)ńkȳ
ȧ 1 – ǒP ńP Ǔ ȧ
2
1
Ȳ
ȴ
(Para valores véase Figura 4.)
El resto de la nomenclatura es como se definió después de la Ec.(4) anterior.
Las ecuaciones anteriores son aplicables solo a válvulas del tipo convencional y
válvulas de alivio de presión operadas por pilotos. Las válvulas de fuelle
balanceado se pueden calcular aplicando la Ec. (4).
5.1.4
Dimensionamiento para flujo de vapor de agua
Para el flujo de vapor de agua bajo condiciones de flujo crítico, la siguiente
ecuación se obtiene sustituyendo las constantes apropiadas en la Ec. (4):
W + F 4 . K d . Kn . K sh . A . P 1
donde:
Ksh
=
Factor
de
corrección
para
vapor
sobrecalentado, determinado según la Tabla 4
(ksh = 1.0 para vapor saturado) a cualquier
presión.
F4
=
Factor cuyo valor depende de las unidades
usadas.
Kn
=
Factor de corrección para la ecuación de Napier
Ec. (7)
En unidades
SI
En unidades
inglesas
1.46 x 10–6
51.5
10445 kPa abs
1515 psia
10445 kPa abs
1515 psia
22170 kPa abs
3215 psia
Valores de Kn
Para P1 v
Kn = 1
Para P1 >
y
P1 v
Kn +
(AP1 – 1000)
(BP1 – 1061)
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 9
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
En unidades
SI
En unidades
inglesas
A
0.02764
0.1906
B
0.03324
0.2292
donde:
Para flujo de vapor de agua bajo condiciones de flujo subcrítico, puede usarse la
siguiente ecuación, derivada de la Ec.(5).
W + F 5 K d . Kn . K sh . A
Ǹ
ƪ ƫƪ ƫ
P1
V1
donde:
F5
=
Factor cuyo valor depende de las unidades
usadas.
P2
P1
1. 54
ȱ
ȧ1 –
Ȳ
ǒ Ǔ
P2
P1
ȳ
ȧ
ȴ
0.23
Ec. (8)
En unidades
SI
En unidades
inglesas
9.33 x 10–5
5020
Nótese que para calderas por combustión, en que las instalaciones de válvulas de
seguridad deben cumplir con el Código ASME para Calderas de Potencia (ASME
Sección I: “Power Boilers”), en vez del Código para Recipientes a Presión no
Sometidos a Combustión (ASME Sección VIII), la acumulación permitida es de
sólo 6% en vez de 10%. Debe hacerse también referencia a las definiciones de (Kd)
y (A) anteriores.
5.1.5
Dimensionamiento para mezclas de vapores de hidrocarburos, hidrógeno y
vapor de agua
El dimensionamiento de una válvula de alivio de presión para mezclas de vapores
de hidrocarburos, hidrógeno y vapor de agua a condiciones de flujo críticas puede
(en la mayoría de los casos) basarse en el peso molecular promedio y el uso de
la Figura 1. para la determinación de la presión de flujo crítico, seguido del uso de
la Figura 3. para la determinación del área del orificio requerida. El procedimiento
es lo suficientemente exacto para propósitos de dimensionamiento de válvulas de
alivio de presión. Sin embargo, la Figura 1. no puede usarse para pesos
moleculares promedio menores de 10, y en tales casos debe usarse la Ec. (2) para
calcular Px, usando un valor promedio de “k” para la mezcla. también se requiere
un valor promedio de “k” si la Ec. (5) aplica.
Cuando se requiere un valor promedio de “k” para una mezcla de vapores de
hidrocarburos/hidrógeno/vapor de agua el procedimiento para determinar ese
valor de “k” es como sigue:
1.
Combinar los calores específicos a presión constante en base a peso.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
5.2
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 10
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
2.
Combinar los calores específicos a volumen constante de la misma manera.
3.
El valor promedio de “k” es entonces la relación de los calores específicos
promedio combinados.
Dimensionamiento para servicio de líquido
5.2.1
Dimensionamiento para líquidos de no–evaporación instantánea
No hay una presión de flujo crítico que limite el flujo de líquido a través del orificio
de una válvula de alivio de presión, en oposición a caso de flujo de vapores. El flujo
de descarga es una función de la caída de presión a través de la válvula, como lo
indica la Ec. (9):
L + F 6 A . K d . Ku . K w
Ǹǒ
P dǓ
Ec. (9)
S
(Para válvulas de alivio que requieren certificación de capacidad de líquidos)
L + F 6 A . K p . Kd . K u . K w
Ǹ
1.25P – P b
S
Ec. (10)
(Para válvulas de alivio que no requieren certificación)
donde:
En unidades
SI
En unidades
inglesas
L
=
Flujo volumétrico de líquido a aliviar
dm3/s
gpm
A
=
Area efectiva del orificio
mm2
pulg 2
Kp
=
Factor de corrección por sobrepresión que se
obtiene de la Figura 5. para sobrepresiones
menores del 25% de la presión de ajuste. Este
factor es necesario puesto que las válvulas de
alivio de presión en servicio líquido
generalmente
requieren un 25% de
sobrepresión para un levantamiento total y la
fórmula para dimensionamiento está basada
en un levantamiento total. Sin embargo,
cuando la presión de ajuste es igual a la
presión de diseño, la sobrepresión máxima
está limitada, bajo el Código ASME, a 10% de
la presión de ajuste (16% con válvulas
múltiples) para contingencias por fallas
operacionales. El factor Kp representa la
capacidad reducida que resulta de un
levantamiento
reducido,
sobrepresión
reducida y por el cambio del coeficiente de
descarga del orificio.
adim
adim
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 11
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
En unidades
SI
En unidades
inglesas
Ku
=
Factor de corrección para líquidos viscosos,
determinado según la Figura 6. (a) y (b).
Nótese que es necesaria una selección del
tamaño del orificio por tanteo, en la
determinación del factor “Ku”.
adim
adim
Kw
=
Factor de corrección para contrapresión. Este
factor no necesita ser aplicado a válvulas
convencionales (o sea Kw = 1.0). Una válvula
del tipo fuelle balanceado, sin embargo, tiene
un resorte más fuerte que una válvula
convencional para el mismo servicio de
contrapresión y el factor Kw da cuenta por la
reducción de capacidad asociada. El factor Kw
se determina con los gráficos de los
fabricantes
a
la
contrapresión
total
(superimpuesta más acumulada). Existen
variaciones significativas entre valores de Kw
de diferentes fabricantes. La Figura 7.
representa un promedio de los valores para
suplidores en EUA, los cuales pueden usarse
para propósitos de diseño cuando no se sabe
quien es el fabricante de la válvula.
adim
adim
P
=
Presión de Ajuste de la válvula
kPa man
psig
Pb
=
Contrapresión total
kPa man
psig
Pd
=
Caída de presión a través de la válvula, o sea la
presión de alivio (ajuste mas sobrepresión
permitida)
menos la contrapresión total
(superimpuesta más acumulada). Nótese que
aunque el flujo real es proporcional a la raíz
cuadrada de la caída de presión a las condiciones
de alivio, esta fórmula está basada en la caída de
presión medida respecto a la presión de ajuste
kPa
psi
S
=
Gravedad específica del líquido a las condiciones
de entrada, referida al agua a 15°C (60°F)
adim
adim
F6
=
Factor cuyo valor depende de las unidades usadas
1.67 x 10–3
38
Dimensionamiento para líquidos de evaporación instantánea
Las válvulas de alivio de presión que manejan fluidos que son líquidos a las
condiciones de entrada pero que se vaporizan total o parcialmente a las
condiciones de descarga, deben dimensionarse como sigue:
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
5.3
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 12
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
1.
Por un procedimiento de tanteo, determinar la cantidad de líquido que se
vaporiza por una expansión isentálpica (entalpía constante) a la presión del
flujo crítico (o a la presión real, si ésta es mayor que la crítica) para los
vapores generados.
2.
Calcular individualmente el área del orificio requerida para dejar pasar el
componente de vapor generado usando las Ecs. (3a), (3b), (4), (5) ó (6)
según sea la apropiada y de acuerdo con el servicio, tipo de válvula y si la
contrapresión es mayor o menor que la presión de flujo crítico.
3.
Calcular individualmente el área del orificio requerida para dejar pasar el
componente líquido no vaporizado, usando la Ec. (8). El término que
representa la caída de presión, Pd, debe igualarse a la presión de ajuste
menos la contrapresión total desarrollada por la porción de vapores a la
presión de flujo crítico, excepto cuando la presión de flujo crítico es menor
que la contrapresión total calculada (superimpuesta más acumulada),
considerando el flujo combinado de líquido y vapores. En el último caso, Pd
debe igualarse a la presión de ajuste menos la contrapresión total calculada.
4.
Sumar las áreas calculadas para los componentes de vapores y de líquido
para obtener el área total de orificio requerida. Esto puede ser algo
conservativo, ya que la evaporación instantánea no tiene lugar
instantáneamente a través de un orificio de válvula de alivio de presión.
Dimensionamiento para servicio de fases mixtas de vapores y
líquidos
El dimensionamiento de una válvula de alivio de presión para el caso de una
mezcla de vapores y líquido a las condiciones de entrada, puede calcularse
usando el método de sumar las áreas de orificio requeridas para cada fase
individualmente, de la misma manera que fue anteriormente descrito para servicio
de líquido con vaporización instantánea.
5.4
Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión operadas por
piloto
Los métodos de dimensionamiento para válvulas de alivio de presión operadas por
piloto son acordes con las fórmulas aceptadas, descritas anteriormente, utilizando
los coeficientes de descarga apropiados y las áreas de orificio efectivas según
recomendación de los fabricantes de válvulas. Deben tomarse en cuenta las
siguientes indicaciones:
S Los coeficientes de descarga típicos de válvulas operadas por piloto están en
el rango de 0.84 a 0.92. Si no se conoce el valor exacto usar el coeficiente más
bajo.
S Si la válvula piloto descarga a la atmósfera, una válvula operada por piloto
puede ser considerada como una válvula balanceada.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 13
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
S Las válvulas operadas por piloto tienen limitaciones en el servicio para líquidos
y debe contactarse el fabricante para recomendaciones acerca de los
procedimientos para su dimensionamiento.
5.5
Preparación de especificaciones de diseño para válvulas de alivio de
presión
La Figura 8 muestra una hoja típica de especificación para una válvula de alivio
de presión. Las siguientes notas indican la base para lo que se requiere en la
Especificación de Diseño.
Número de válvulas requeridas
Normalmente se especifica una válvula de alivio de presión estándar disponible
de los fabricantes con un área de orificio igual o mayor que el requerimiento
calculado. En algunos casos, por ejemplo, de grandes velocidades de alivio o para
evitar el golpeteo, son necesarias dos o más válvulas. así mismo, si hay una
diferencia apreciable entre el tamaño del orificio calculado y el tamaño disponible,
es deseable usar válvulas de alivio de presión múltiples para igualar más
exactamente el área disponible al área de orificio requerida. La determinación de
las presiones de ajuste y las acumulaciones permisibles para estas instalaciones
de válvulas múltiples se describe en el documento PDVSA–MDP–08–SA–03.
La columna para Repuestos indica el requerimiento, si lo hay, para la instalación
de válvulas de alivio de presión de repuesto en los equipos. Normalmente, esto
sólo aplica en el caso de preferencia de la refinería o regulaciones locales, pero
es requerido en muchos países europeos.
Temperatura
La temperatura operacional que ocurre en una emergencia es la temperatura de
entrada del fluido bajo condiciones de alivio. Esta temperatura se usa para
dimensionar el orificio en servicio para vapores. La temperatura de emergencia no
se especifica para servicios líquidos, puesto que la temperatura no entra
directamente en el cálculo de dimensionamiento.
La temperatura de diseño se especifica igual a la temperatura de diseño del
recipiente sobre el cual está localizada la válvula y esta temperatura se usa para
la selección de la válvula de las tablas de temperatura y presión de trabajo de los
fabricantes. La condición de alta temperatura se considera como un esfuerzo de
corta duración y por tanto generalmente no se toma en cuenta. La temperatura de
descarga debe, sin embargo, incluirse en el análisis del sistema colector,
particularmente en los efectos de la expansión térmica. Nótese que en algunos
casos la temperatura de emergencia puede exceder la temperatura de diseño,
pero esta última es aún así la usada como base para la selección de la válvula de
alivio de presión.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 14
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Un ejemplo de tal caso es una válvula de alivio de presión dimensionada para
incendio montada sobre un recipiente que contienen un hidrocarburo de alto punto
de ebullición. La temperatura de emergencia es el punto medio de ebullición a la
presión de alivio y ésta puede ser considerablemente mayor que la temperatura
de diseño del recipiente y de la válvula de alivio de presión. La base para este
acercamiento es que la protección de equipos contra exposición a un incendio
requiere no sólo instalaciones para el alivio de presión para la descarga de
vapores generados por líquidos contenidos, sino también instalaciones para el
combate de incendios a fin de enfriar los equipos y evitar fallas por
sobrecalentamiento.
Así, la temperatura bajo condiciones de alivio no sería más severa que la de
exposición a un incendio.
Presión de ajuste
La presión de ajuste (la presión a la cual la válvula de alivio de presión está
diseñada para abrir) se especifica de acuerdo con los requerimientos del Código,
como se describe en la Norma PDVSA–MDP–01–(Pendiente) (Consultar MDP
versión 1986, sección 2). En la mayoría de las aplicaciones en recipientes, la
presión de ajuste de por lo menos una válvula de alivio de presión es igual a la
presión de diseño. Sin embargo, esta presión de ajuste es regulada (hacia arriba
o hacia abajo) para compensar cualquier efecto de la presión estática y caída de
presión por fricción, que puedan ocurrir cuando la válvula se instala en otra parte
que no sea directamente sobre el recipiente. Por ejemplo, si una válvula de alivio
de presión se instala en una línea sin flujo por encima de un recipiente lleno de
líquido, la presión de ajuste de la válvula de alivio de presión se reduciría lo
suficiente para permitir un cabezal estático de líquido entre el recipiente y la
válvula.
Contrapresión
En el caso de una válvula de alivio de presión convencional, la columna
“contrapresión máxima” debe especificar la máxima contrapresión superimpuerta
(en kPa man. (psig)) bajo condiciones de ausencia de flujo. Si la descarga se dirige
a la atmósfera o a un cabezal de válvula de seguridad donde la presión es
esencialmente atmosférica bajo condiciones de ausencia de flujo, la máxima
contrapresión debe especificarse como “cero”.
Para válvulas de alivio de presión del tipo de fuelle balanceado debe especificarse
la máxima contrapresión superimpuesta. (Para válvulas de fuelle balanceado que
descarga a un cabezal de válvula de seguridad que está a presión atmosférica
bajo condiciones sin flujo, la máxima contrapresión es “cero”).
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 15
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Presión diferencial del resorte
Para válvulas convencionales, la presión diferencial del resorte es igual a la
presión de ajuste menos la máxima contrapresión superimpuesta bajo
condiciones sin flujo.
Para válvulas balanceadas, la presión de apertura no es afectada por la
contrapresión y la presión diferencial del resorte es igual a la presión de ajuste.
Sobrepresión permitida y condición crítica
A menos que se impongan códigos locales más estrictos, la máxima acumulación
para recipientes no sometidos a combustión debe especificarse de acuerdo con
el Código ASME, Sección VIII, o sea 21% máximo de la presión de diseño para
incendio y 10% máximo para todas la otras contingencias de falla. Para válvulas
de alivio de presión con presiones de ajuste escalonadas una válvula ajustada
para abrir a 105% de la presión de diseño puede tener una sobrepresión de 16%
para contingencias del proceso y 21% para condiciones de incendio cuando se
cumplen los requerimientos del Código ASME para acumulación, sobre todo la
Para las
presión de diseño (Ver el documento PDVSA–MDP–08–SA–03).
calderas a combustión y serpentines de sobrecalentamiento de vapor de agua en
hornos de proceso se permite una acumulación máxima de 6% según la Sección
I del Código ASME. (Algunos códigos locales pueden permitir solamente 3% de
acumulación).
Los siguientes generadores de vapor de agua se consideran como recipientes a
presión no sometidos a combustión y la acumulación máxima debe especificarse
de acuerdo con el Código ASME, Sección VIII (a menos que sea prohibido por
códigos locales).
1.
Evaporadores e intercambiadores de calor en los cuales se genera vapor de
agua.
2.
Recipientes por ejemplo calderas de recuperación de calor perdido, en los
que el vapor de agua se genera incidentalmente a las operaciones del
sistema de procesos, el cual involucra una serie de recipientes a presión,
tales como se usan en la manufactura de productos químicos y de petróleo.
(Los equipos que someten a combustión un combustible suplementario
deben considerarse como recipientes a presión sometidos a combustión.)
La “condición crítica” en la hoja de especificaciones se anota como la
contingencia que determina el tamaño de la válvula, o sea incendio o falla
operacional.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 16
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Tipo y tamaño de la válvula de alivio de presión
La escogencia del tipo y tamaño de la válvula de alivio, se hará usando los
catálogos de los fabricantes recomendados de la filial que estudia el caso.
Dependiendo de la tradición de compra que tenga cada una de las instalaciones
de cada una de las filiales de PDVSA, se tendrán suplidores preferidos.
Observaciones: A veces, al formato presentado en la Figura 8, es conveniente
añadir una fila llamada “Observaciones”, donde se debe incluir factores relevantes
tales como:
1.
La presencia (y concentración si se conoce) de materiales corrosivos,
diferentes de las concentraciones típicas de compuestos de azufre
presentes en corrientes de hidrocarburos derivados del petróleo.
2.
Requerimientos para características especiales de válvulas, por ejemplo,
conexiones de entrada y salida, engranaje de levantamiento de la válvula,
etc., que sean no estándar.
3.
Requerimientos para materiales de construcción especiales.
4.
Base para especificar características no estándar o especiales.
5.
Autorefrigeración, si afecta los materiales de construcción del sistema
colector.
6.
Clarificaciones respecto a la presión de ajuste, si es diferente a la presión de
diseño de los equipos.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 17
.Menú Principal
6
PDVSA MDP–08–SA–04
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
NOMENCLATURA
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
A
=
Area efectiva del orificio
mm2
pulg2
C
=
Constante para vapores del Código ASME
“Recipientes de Presión no Sometidos a
Combustión”.
Relación de los calores específicos a
presión constante y a volumen constante,
Cp y Cv, respectivamente(Cp /Cv)
Factor de corrección para la contrapresión.
Nota: Para válvulas de alivio de seguridad
convencionales puede usarse un valor de
1.0 para las condiciones de flujo crítico.
adim
adim
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
k
=
Kb
=
Kd
=
adim
adim
adim
adim
Coeficiente de descarga del orificio según lo
recomienda el fabricante.
adim
adim
Factor de corrección para la ecuación de
Napier
Factor de corrección que se obtiene de la
Figura 5.
Factor
de
corrección
para
vapor
sobrecalentado, determinado según la Tabla
4 (Ksh = 1.0 para vapor saturado) a cualquier
presión
Factor de corrección para líquidos viscosos.
Factor de corrección para contrapresión.
Flujo volumétrico de líquido a aliviar
Peso molecular de los vapores
adim
adim
adim
adim
adim
adim
adim
adim
dm3/s
kg/kgmol
adim
adim
gpm
lb/lbmol
Kn
=
Kp
=
Ksh
=
Ku
Kw
L
M
=
=
=
=
P
P1
=
=
Presión de Ajuste de la válvula
Presión de entrada a la brida a las
condiciones de alivio (incluyendo la
acumulación)
kPa abs
kPa abs.
psig
psia
P2
=
Contrapresión total (superimpuesta más
acumulada)
kPa abs
psia
Pb
Pd
Px
=
=
=
Contrapresión total
Caída de presión a través de la válvula.
Presión en la restricción cuando ocurre el
flujo crítico (presión de flujo crítico)
kPa man
kPa
kPa
psig
psi
psia
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 18
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
S
=
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
Gravedad específica del líquido a las
condiciones de entrada, referida al agua a
15°C (60°F)
Temperatura de entrada a las condiciones
de alivio
adim
adim
°K
°R
m/s
m3/kg
pie/s
pie3/lb
T1
=
Vc
V1
=
=
Velocidad crítica
Volumen específico a la condiciones de
entrada
W
=
Cantidad de flujo a aliviar
kg/s
lb/h
z
=
adim
adim
ρx
=
Factor
de compresibilidad a las
condiciones de entrada.
Densidad a la temperatura y presión del
flujo crítico
kg/m3
lb/pie 3
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁ
ÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁ
ÁÁÁÁÁÁ
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 19
.Menú Principal
7
PDVSA MDP–08–SA–04
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
APENDICES
Tabla 1.
Tabla 2.
Tabla 3.
Tabla 4.
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4.
Figura 5.
Figura 6a.
Figura 6b.
Figura 7.
Figura 8.
Propiedades termodinámicas de varias substancias a
condiciones estándar
Tamaño normalizado de las válvulas de alivio, en función del
tamaño del orificio
Valores de la constante “C” para cálculos con la fórmula de flujo
Factores de corrección para sobrecalentamiento para válvulas de
seguridad en servicio para vapor de agua
Presión de flujo crítico para hidrocarburos
Factor de dimensionamiento para contrapresión constante o
variable (Kb) para válvulas de alivio de seguridad de fuelle
balanceado (vapores y gases)
Area requerida del orificio de la válvula de seguridad para alivio
de vapores de hidrocarburos
Valores de F31 para flujo subcrítico
Factores de corrección de capacidad por defecto de sobrepresión
para válvulas de alivio y válvulas de alivio de seguridad en
servicios con líquidos
Viscosidad a temperaturas de operación – segundos Saybolt
universal (SSU)
Corrección de viscosidad: procesamiento alterno según estándar
API–RP–520
Factor de dimensionamiento (Kw) a contrapresión variable o
constante para válvulas de alivio de seguridad de fuelle
balanceado (líquidos solamente)
Especificaciones de diseño para válvulas de alivio de presión
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 20
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
TABLA 1. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE VARIAS SUBSTANCIAS
A CONDICIONES ESTÁNDAR*
RELACIÓN DE CALORES
ESPECÍFICOS
RELACIÓN DE PRESIÓN
DE FLUJO CRÍTICO Px/P1
k = CP/CV
Gas
METANO
1.31
0.54
ETANO
1.19
0.57
PROPANO
1.13
0.58
BUTANO
1.09
0.59
AIRE
1.40
0.53
AMONIACO
1.31
0.53
BENCENO
1.12
0.58
DIOXIDO DE CARBONO
1.29
0.55
HIDROGENO
1.41
0.52
SULFURO DE
HIDROGENO
1.32
0.53
FENOL
1.30*
0.54*
VAPOR DE AGUA
1.33
0.54
DIOXIDO DE AZUFRE
1.29
0.55
TOLUENO
1.09
0.59
* ESTIMADA
* LAS CONDICIONES ESTANDAR SON 15°C (60°F) Y PRESION ATMOSFERICA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 21
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
TABLA 2. TAMAÑO NORMALIZADOS DE LAS VÁLVULAS DE ALIVIO, EN FUNCIÓN
DEL TAMAÑO DEL ORIFICIO
Area real del orificio normalizado, plg2
Tamaño normalizado de válvula
0,110
1” x Dx 2”
0.196
1” x Ex2”
0,307
1 1/2” x F2”
0.785
2” x Hx3”
1,838
3” x Kx4”
2,853
4” x Lx6”
6,380
4” x Lx 6”
11,040
6” x Q x8”
16,000
6” x Rx10”
26,000
8” x Tx10”
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 22
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
TABLA 3. VALORES DE LA CONSTANTE “C” PARA CÁLCULOS CON LA FÓRMULA
DE FLUJO
k +
Cp
Cv
C + 520
Ǹǒ
2
k
k ) 1
1.001
315
1.02
318
1.04
320
1.06
322
1.08
324
1.10
327
1.12
329
1.14
331
1.16
333
1.18
335
1.20
337
1.22
339
1.24
341
1.26
343
1.28
345
1.30
347
1.32
349
1.34
351
1.36
352
1.38
354
k)1
Ǔk–1
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 23
.Menú Principal
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
TABLA 3. (CONT.)
k +
Cp
Cv
C + 520
Ǹǒ
k
2
k ) 1
1.40
356
1.42
358
1.44
359
1.46
361
1.48
363
1.50
364
1.52
365
1.54
368
1.56
369
1.58
371
1.60
372
1.62
374
1.64
376
1.66
377
1.68
379
1.70
380
2.00
400
2.20
412
(*) Para uso en la ecuación (3a)
k)1
Ǔk–1
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 24
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
TABLA 4. FACTORES DE CORRECCIÓN PARA SOBRECALENTAMIENTO PARA
VÁLVULAS DE SEGURIDAD EN SERVICIO PARA VAPOR DE AGUA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 25
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 1. PRESIÓN DE FLUJO CRÍTICO PARA HIDROCARBUROS
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 26
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 2. FACTOR DE DIMENSIONAMIENTO PARA CONTRAPRESIÓN CONSTANTE O
VARIABLE (Kb) PARA VÁLVULAS DE ALIVIO DE SEGURIDAD DE FUELLE
BALANCEADO (VAPORES Y GASES)
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 27
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 3. AREA REQUERIDA DEL ORIFICIO DE LA VÁLVULA DE SEGURIDAD PARA
ALIVIO DE VAPORES DE HIDROCARBUROS
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 28
Indice manual
Indice volumen
F31
Fig 4. VALORES DE F31 PARA FLUJO SUBCRÍTICO
Línea de flujo crítico
r + P 2ńP 1
Indice norma
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 29
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
FACTOR DE CORRECCION, Kp
Fig 5. FACTORES DE CORRECCIÓN DE CAPACIDAD POR EFECTO DE
SOBREPRESIÓN PARA VÁLVULAS DE ALIVIO Y VÁLVULAS DE ALIVIO DE
SEGURIDAD EN SERVICIOS CON LÍQUIDOS
PORCENTAJE DE SOBREPRESION
NOTA: LA CURVA DE ARRIBA INDICA QUE HASTA UNA SOBREPRESION DE 25%, INCLUSIVE LA CAPACIDAD ES
EFECTADA POR EL CAMBIO DE ELEVACION, EL CAMBIO EN EL COEFICIENTE DE DESCARGA DEL ORIFICIO
Y EL CAMBIO DE SOBREPRESION. POR ENCIMA DE 25% LA VALVULA ESTA A SU ELEVACION TOTAL Y
LA CAPACIDAD ES SOLAMENTE AFECTADA POR LA SOBREPRESION
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 30
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 6.a
VISCOSIDAD A TEMPERATURAS DE OPERACIÓN–SEGUNDOS SAYBOLT
UNIVERSAL (SSU)
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 31
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 6.b.
CORRECCIÓN DE VISCOSIDAD: PROCESAMIENTO ALTERNO SEGÚN ESTÁNDAR
API–RP–520
R = NUMERO DE REYNOLDS
Para dimensionar una válvula de alivio para servicio de líquidos viscosos:
1. Determinar el área requerida sin la corrección para la viscosidad, Ao (Ku = 1.0), con la ecuación 9.
2. Seleccionar el tamaño próximo más grande de orificio estándar de la referencia del fabricante o de la Tabla 2.
3. Determinar el número de Reynolds “R” con la ecuación:
En Unidades
En Unidades
F x L.S.
SI
Inglesas
R+ 7
m ǸA
Donde: L = Flujo
dm3/s
gpm
adim
adim
S = Gravedad especifica a la temperatura de flujo contra agua a 15°C. (60°F)
m = Viscosidad a la temperatura de flujo
cp(mPa.s)
lb/pie.s
A = Area efectiva del orificio (de la referencia del fabricante)
mm2
pulg2
6
1 x 10
1.669
F7 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas
4. Encontrar el factor de corrección para viscosidad (Ku) del gráfico.
5. El área corregida que se requiere es Ao/Ku. Si este valor excede el de A1 repetir el cálculo.
6. Si el área corregida que se requiere tiene un valor solo ligeramente mayor que el tamaño del orificio estándar,
considerar el uso de válvulas múltiples más pequeñas con presiones de ajuste escalonadas a fin de minimizar
la tendencia al golpeteo.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 32
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 7. FACTOR DE DIMENSIONAMIENTO (Kw) A CONTRAPRESIÓN VARIABLE O
CONSTANTE PARA VÁLVULAS DE ALIVIO DE SEGURIDAD DE FUELLE
BALANCEADO (LÍQUIDOS SOLAMENTE)
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
.Menú Principal
PDVSA MDP–08–SA–04
REVISION
FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y
DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
Página 33
Indice manual
Indice volumen
Indice norma
Fig 8. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO PARA VÁLVULAS DE ALIVIO DE PRESIÓN
EJEMPLO DE FORMATO PARA ESPECIFICACIONES DE DISEÑO